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锅炉汽包水位PID控制的研究
锅炉汽包水位是锅炉系统正常运行的重要参数,维持锅炉水位在一定的范围内变化,是锅炉水位控制的重要任务之一。
汽包水位反映了锅炉蒸汽流量与给水量之间的平衡关系，是锅炉运行中一个非常重要的监控参数，维持汽包水位正常是保证锅炉和汽轮机安全运行的必要条件。
如果汽包水位过高，会影响汽包的汽水分离装置的正常工作，导致锅炉出口蒸汽带水，使过热器受热面结垢甚至遭到破坏，影响机组的正常运行和经济性指标;如果汽包水位过低，会使锅炉水循环工况破坏，造成水冷壁供水不足而被烧坏。
锅炉汽包水位控制系统
本文选择单冲量水位控制系统作为研究对象，采用PID调节器，通过调节三个参数，观察系统输出曲线的变化。
以汽包水位为被控参数，给水量作为控制变量，构成单冲量水位控制系统。
单冲量水位控制系统是以汽包水位测量信号为唯一的控制信号，即水位测量信号经变送器送到调节器，调节器根据汽包水位测量值与给定值的差值去控制给水调节阀，改变给水量以保持汽包水位在允许的范围内。
PID控制器在锅炉汽包水位中的应用
单冲量水位控制系统的传递函数经常近似为一阶传递函数。
锅炉计算机控制系统集成了现代计算机控制技术和先进控制算法。
采用高级语言或具备更多适用的功能块并且具备可靠性的控制器将是锅炉控制设备的软件和硬件发展方向。
但是不容置疑的是，随着科学技术的发展，随着功能更强大，可靠性更高的控制设备的推出，锅炉计算机控制系统必将会完全替代锅炉原有控制手段，实现锅炉最佳工况运行，从而实现可观的经济效益和社会效益。
浅谈锅炉汽包水位 PID 控制系统摘要：江苏永钢集团能源事业部电力厂5套发电机组均配套130t/h的燃气锅炉,锅炉汽包的运行正常与否决定了发电厂是否能正常生产的关键因素。
本文在分析分析三种水位PID控制模式的优劣，根据汽包水位的动态控制特征，选取最为可靠的方式应用于实际生产。
关键词：PID；汽包水位；冲量控制1.引言目前江苏永钢集团能源事业部电力厂共有5套25MW机组，配套发电机组的锅炉均为130t/h的燃气锅炉，采用高炉煤气作为燃料，汽包配套有压力、温度测点，对于汽包水位现场设置了双色水位计及平衡容器远传方式检测水位。
由于汽包内部处于一种汽水混合的状态，锅炉工作时，应根据汽轮机侧需求的蒸汽量大小及工况需求，调节给水泵出口水流量，以此来调节汽包中蒸汽与水的合理配比。
既不能使汽包内出现过低水位而出现“干锅”现象，也不能出现过高水位，使出口蒸汽管路内出现蒸汽温度的降低，使得汽轮机有着更小的出力，经过汽轮机后几级的蒸汽有着更高的湿度，叶片在此种状况中会磨损，严重时还将导致汽轮机叶片的损坏。
2、汽包水位控制系统的实现2.1汽包水位控制系统的工艺给水泵、汽包、省煤器、水冷壁、过热器、再热器等组成汽水系统的设备构成；汽包内有个汽水分离装置，经过该分类装置将汽和水实现了分离，水在下降管循环，而饱和蒸汽进入到过热器，逐渐过热为合适的过热蒸汽后，送给汽轮机去做功：（1）汽包：是锅炉系统中最重要特种设备，在它的内部有汽水分离装置和连续排污装置，底部有一定水量，并且还具有一定蓄热能力。
（2）水冷壁：是锅炉主要的辐射受热面，由多根并排的钢管组成，分布于锅炉炉膛的四周它接受锅炉炉膛的火焰的热量并保护炉墙，内部为流动的水或蒸汽。
（3）过热器：锅炉中的特定受热面，负责把达到符合要求温度、要求压力的饱和水蒸气加热成过热水蒸气的装置。
过热器的使用能提高蒸汽动力循环装置的整体效率、降低汽轮机排汽介质中的含水量。
（4）再热器：是一种把已经做过功的低压蒸汽再次加热，并使其升高到一定温度。
PLC在蒸汽锅炉汽包液位PID控制系统的应用分析1 引言工业蒸汽锅炉汽包水位控制的任务是控制给水流量使其与蒸发量保持动态平衡，维持汽包水位在工艺允许的范围内，是保证锅炉安全生产运行的必要条件，也是锅炉正常生产运行的主要指标之一。
若水位过高,影响汽水分离的效果,使用气设备发生故障;而水位过低则会破坏汽水循环,严重时导致锅炉爆炸，所以锅炉汽包水位必须严加控制。
为了确保锅炉生产的稳定、可靠和经济运行，我们设计采用了性能先进的FBs-PLC、变频调速器、计算机应用等自动化设备组成的锅炉PID自动控制系统。
该控制系统通过检测水汽压力、温度，汽包液位等运行物理量，在运行过程中全自动调节，保证了工业锅炉的安全稳定高效运行。
2 工业锅炉相关工艺介绍蒸汽锅炉是厂矿重要的动力设备，其任务是供给合格稳定的蒸汽，以满足负荷的需要。
为此，锅炉生产过程的各个主要参数都必须严格控制。
而利用余热气体作为热交换介质的余热锅炉在全国占有很大的比例，其节能降耗效果尤为明显。
某化工厂硫酸余热锅炉就是利用沸腾炉出来的炉气(主要是SO2)温度过高，将其作为热交换对象，通过余热锅炉副产中压蒸汽供各生产分厂使用，既保证了生产需要，也达到了节能降耗的目的。
锅炉是一个较为复杂的调节对象，为保证提供合格的蒸汽以适应负荷的需要，与其配套设计的控制系统必须满足各主要工艺参数的需要。
余热锅炉工艺流程如图1所示。
3 控制难点分析锅炉计算机控制是近年来开发的一项新技术。
它是微型计算机软、硬件、自动控制、锅炉节能等几项技术紧密结合的产物，作为锅炉控制装置，其主要任务是保证锅炉的安全、稳定、经济运行，减轻操作人员的劳动强度。
采用微计算机控制，能对锅炉进行过程的自动检测、自动控制等多项功能。
它的被调量是汽包水位，而调节量则是给水流量，通过对给水流量的调节，使汽包内部的物料达到动态平衡，变化在允许范围之内，虽然锅炉汽包水位对蒸气流量和给水流量变化的响应呈积极特性，但是在负荷(蒸气流量)急剧增加时，表现却类似逆响应特性，即所谓的虚假水位。
毕业设计说明书(论文)作者：学号：学院：班级：专业：□∨自动化□测控技术与仪器所在系：□∨控制科学与工程□仪器科学与技术题目：先进PID在火电厂锅炉汽包水位控制中的应用指导者：签字：(姓名) (专业技术职务)评阅者：(姓名) (专业技术职务)年月吉林摘要摘要锅炉作为火力发电厂的三大主机中最基本的能量转换设备,它的控制水平直接关系到电厂的安全、经济运行.汽包水位是锅炉正常运行中的重要参数,同时,它还是衡量锅炉汽水系统物质是否平衡的标志,维持锅炉汽包水位在规定的范围内,是保证锅炉安全运行的必要条件,也是锅炉正常运行的主要指标之一.如果汽包水位过高,会影响汽包的汽水分离装置的正常工作,导致锅炉出口蒸汽带水和含盐量过大,使过热器受热面结垢甚至遭到破坏,影响机组的正常运行和经济性指标;如果汽包水位过低,会使锅炉水循环工况破坏,造成水冷壁供水不足而被烧坏.所以研究锅炉汽包水位的控制有着重要的意义.目前锅炉汽包水位的控制大多采用常规PID 控制方式,由于其控制参数是固定不变的,不能进行在线调整,其控制效果往往难以满足要求.常规模糊控制也有应用,但存在静态误差大等缺陷.模糊自适应PID控制算法能在线整定、优化PID参数,理论上可以完全消除系统静态误差.将模糊自适应PID控制理论应用于带前馈的串级三冲量汽包水位控制系统中,不需要对系统模型进行较大的改动,就能够获得较好的控制效果.本文首先分析了影响汽包水位的各种干扰因素,并对汽包水位的动、静态特性进行分析.以MATLAB /SIMULINK为仿真平台,构建汽包水位三冲量控制系统,分别采用常规PID控制器、模糊PID控制器、模糊自适应PID控制器.通过比较仿真结果,发现使用先进PID控制算法能有效地加快响应速度、减小超调量、减少调节时间、提高克服扰动的能力.关键词：汽包水位;模糊控制;自适应;PID东北电力大学自动化工程学院学士学位论文ABSTRACTBoiler is the basic energy conversion device which is one of three important devices in coal-fired power plants that level of control is directly related to the safety, economic operation of power plants. Drum water level is an important parameter in the normal operation of the boiler, at the same time, It is also the sign of measuring whether the boiler system material balance, maintaining of the boiler drum water level within the specified range is a necessary condition to ensure the safe operation of the boiler, but also one of the key indicators for normal operation of the boiler. If the water level affects the soft drum of the normal work of separation devices, which may result in the exported steam boiler with water and salt too, so due to overheating the surface would even get destroyed and affect the normal operation of facilities. If the drum water level is too low, it would damage the boiler water conditions and result in inadequate water supply and water-wall that is burned. So research of boiler drum water level control is of an important significance.At present, the boiler drum water level control of mostly conventional PID control method, because its control parameters are fixed and can not be adjusted online, and its control is often difficult to meet the requirements. Conventional fuzzy control can also be applied in, however there is a remarkable static error and so on. Fuzzy adaptive PID controlling method is with adaptive capability theoretically, completely eliminate the static error. Adaptive fuzzy PID control theory is applied to the design of control systems, without the need for a larger changing of system model, where we will be able to obtain better control effect.This article first analyzes the impact of the drum water level of the various interfering factors, and drum water level of the dynamic and static analysis features.Introduce cascade-three impulses drum level control and fuzzy PID drum level control,and finally using fuzzy adaptive PID control algorithm to control the boiler drum water level.Application of MATLAB / SIMULINK simulation, comparing the simulation images under the given value、feed water quantity disturbance、steam disturbance and under the conditions of different control objects. The simulation results show that fuzzy controller is better than the traditional PID controller in MATLAB at adapting ability and anti-jamming.Keywords: drum level; fuzzy control; adaptive; PID目 录（空一行）目 录 （空一行）摘 要 .................................................................................................................................... I ABSTRACT .......................................................................................................................... I I 主要符号表 . (IV)第1章 绪 论 (1)1.1 课题背景与意义 (1)1.1.1 ×××××× (8)1.2 ××××××× ................................................................................ 错误！未定义书签。
摘要本文首先分析了影响汽包水位的各种干扰因素，并对汽包水位的动、静态特性进行分析。
介绍了传统的PID控制方式，由于锅炉汽包水位控制系统的调节器的输入端常加有三个不确定的输入量，极易引起水位控制偏差。
所以本文提出了两种消除水位偏差的方法：辅助信号自消方法和辅助信号对消方法。
采用辅助信号蒸汽流量和给水流量对消方法消除水位偏差，根据锅炉汽包水位控制实际要求，采用模糊PID控制，用MATLAB中的SIMULINK仿真工具箱设计了二输入单输出模糊控制器对锅炉汽包水位进行在给定值下仿真。
并用常规PID和模糊PIDF方法去控制汽包液位，对比两种控制策略下的防真图像，仿真图像表明后者的抗干扰能力和鲁棒性更好，可以保证水位的稳定，并且能有效解决用常规PID无法解决的“虚假液位”问题。
最后简单介绍几种由汽包水位测量方法及测量误差带来影响、及消除方法，通过现场实例解决了汽包水位测量不准的问题，减少了由于水位测量误差给汽包水位带来的不利影响。
关键词：汽包水位、虚假液位、PID控制、模糊PID控制、水位测量误差AbstractThis article first analyzes the impact of the drum water level of the various interfering factors,and drum water level of the dynamic and static analysis features.Introduced the traditional PID control,due to the boiler drum water level control system input regulator has three regular increase of the input uncertainty is very easy to control the deviation caused by the water level.Therefore,this paper two methods to eliminate the water level deviation: auxiliary signal from the elimination method and auxiliary signal cancellation method. The use of auxiliary steam flow signal and water flow rate on the elimination method to eliminate the water level deviation of the boiler drum water level control in accordance with practical requirements, the use of fuzzy PID control, the use of MATLAB simulation toolbox SIMULINK design two-input single-output fuzzy controller on the boiler drum the waterlevel to the next value in a given simulation. Using conventional PID and fuzzy control approach to PIDF drum level,compared to two control strategies of anti-real images,simulation images show that the latter's anti-interference ability and robustness better, can guarantee the stability of the water level, and can effectively solution can not be resolved with conventional PID "false level" problem.Finally, a brief introduction by the drum water level of several measurement methods and about the impact of measurement error, and the elimination method, through on-site example of the drum water level measurement solution to the problem of not allowed to reduce measurement error due to the water level to the negative drum water level impact.Key words: Drum water level、PID control、fuzzy PID control,、water level measurement error第一章绪论1.1 课题背景与意义目前，我国现有工业锅炉几十万台，各种工业炉窑十万余台。
模糊自整定pid在汽包液位控制中的应用
汽包液位控制是火电厂在发电过程中常用的控制系统，其目标是控制燃烧室烟气密度恒定。
由于煤气挥发变化和细微的温度变化，所以实现汽包周期性控制是一种非常具有挑战性的任务。
因此，利用自整定技术开发汽包液位控制系统来处理此类非线性调节问题具有重要的意义。
模糊PID是近几年发展起来的一种新的控制方法，该方法将PID控制中的积分、微分参数改为模糊变量，增强控制器的稳定性和优化性。
它将传统的PID控制系统中固定的定值参数改为可变参数，能够实现自适应调参，使控制系统具有更强的优化和自整定能力。
基于模糊PID技术，可以有效地开发出汽包液位控制系统，对汽包中的液位进行实时控制。
PID控制中，模糊变量综合考虑系统延时、液位干扰以及温度变化，从而使汽包液位调整得到优化，有效避免汽包液位过大或过小所带来的问题。
同时，模糊PID自整定还可以调整PID参数，在满足系统性能要求的情况下提高对系统振荡噪声的抑制能力，保持系统稳定，得到较好的控制效果。
因此，将模糊PID技术运用到汽包液位控制中，可以实现系统的自整定拓宽系统的控制范围，可在更复杂的环境中实现汽包液位控制，确保发电安全性和稳定性。
几种PID 整定方法在锅炉汽包水位系统中的应用与比较摘 要基于PID 控制策略给出了锅炉汽包水位控制的几种整定方法.工业锅炉汽包水位的主要动态特性包括:非最小相位特征,不稳定性,时滞和负荷干扰.作者通过z-n 经验曲线法、临界比例法和鲁棒控制器等各种手段来整定各PID 参数，尽量减小非最小相系统的不稳定影响，最后比较不同整定方法得出的不同效果. 关键词 PID 控制器,锅炉,汽包水位一、引言锅炉汽包水位的自动调节系统在稳定的工况下一般可以投入自动,但在系统动态特性大幅度变化的情况下,仍然常常需要操作者的手动控制,这是鉴于系统本身存在着诸多的复杂扰动因素.(1)来自给水管道和给水泵的扰动,导致给水压力和调节阀开度的不断变化. (2)汽轮发电机组的功率变化,导致蒸汽管道压力和调汽阀开度的不断变化. (3)由于煤种和煤质的不确定性而导致热负荷的不确定性变化.以上3种因素都不同程度地导致“虚假水位”现象的存在,尤其是系统在低负荷情况下出现不同程度的时滞及非最小相位行为.若采用单一的水位反馈控制或能够反映动态特性的三冲量给水系统,由于锅炉水位控制系统的动态特性不断变化,采用各种自校正措施会使系统结构复杂,整定困难,同时仍然存在误差,在现场工况变化后难以适应控制要求.本文应用各种整定方法，加以比较，从而获得了良好的控制效果. 1、动力锅炉汽水系统的描述本文研究的内容为各种PID 整定方法在国内某大型发电厂的锅炉汽包水位系统中的应用问题.该厂现有的火电单元机组都是200MW 燃煤单元机组,锅炉制粉系统采用中间储仓式,磨煤机为钢球磨煤机.锅炉为单汽包自然循环锅炉,额定蒸发量为670吨/h,最终过热汽压为14.2MPa,汽包水位偏差稳定在±30mm 范围内,特殊情况下波动不超过±50mm.燃料煤由运煤滑差电机送入炉内,空气由送风机送入.控制阀调节入水量.表示主要过程的输入输出关系如图1所示.锅炉在不同负荷和参数时,其对象模型是不同的.完整的数学模型可由一系列反应物质和能量平衡关系的方程式描述[1].该20×104千瓦机组在30%负荷情况下的给水被控对象动态试验模型结果用由馈水流率到水位的传递函数可近似表示为ss s s s s H 03324.031579.000042.0004.00125.0)(232+++-=则其单位负反馈系统的闭环传递函数为)()(1)()()(s H s G s H s G s W +=即为 00042.002924.03283.000042.0004.00125.0)(232++++-=s s s s s s W2、系统的简单仿真此处，我们使用MATLAB 下Control System Toolbox 中的线性时不变系统仿真图形工具LTIViewer ，来对闭环传递函数W(s)进行仿真。
